帯電の仕組み

スマホを触っていたら、指先で「パチッ！」。
セーターを脱いだ瞬間に、「バチバチッ！」。

こんな経験、誰でも一度はありますよね。
このとき起きているのが、帯電（たいでん）という現象です。

でも、ちょっと不思議じゃありませんか。
電池をつないだわけでもないし、コンセントに差したわけでもない。
それなのに、どうして勝手に電気がたまるのか。

その答えのカギを握っているのが、目には見えないけれど、どこにでもいる存在── 電子たちです。

物と物が触れたり、こすれたりすると、その表面では、電子がほんの少し移動します。
ほんの少し、でもこれが積み重なると、「電気がたまっている状態」が生まれてしまうんですね。

帯電とは、電子が素材の表面を移動して、電気のバランスが片寄ってしまう現象です。

プラスとマイナスの数が、ほんのわずかズレるだけ。
それだけで、パチッとくるほどの力になる。
これが帯電の面白さであり、やっかいさでもあります。

このページでは、 なぜ電子が動くのか、 どうして素材によって帯電しやすさが違うのか、そしてあの「パチッ！」は何が起きているのかを、できるだけ感覚的に、かみ砕いて解説していきます。

読み終わるころには、帯電が「よくわからない現象」から、「なるほど、そういうことか」に変わるはずですよ。

帯電のカギは「電子の移動」

静電誘導で導体を帯電させる手順図
帯電体を近づけると、導体内部で＋と－が分かれて偏る。
接地で片側の電荷を逃がし、最後に接地を外すと帯電が残る。
出典：『Charging-by-electrostatic-induction』-Photo by MikeRun／Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0

まず大前提として、世の中の物質はすべて、プラスの電気をもつ陽子と
マイナスの電気をもつ電子でできています。

ふだんはこのプラスとマイナスがきれいにつり合っていて、全体としてはプラマイゼロ。
だから特に何も起きていないように見えるんですね。

でも……ここからがポイント。

物どうしをこすり合わせたり、 強く触れたりすると、表面で電子が片方からもう片方へ移動することがあります。

電子はとても身軽なので、条件がそろうと、「ちょっと借りるね」みたいな感じで移動してしまうんです。

その結果どうなるかというと──

• 電子を受け取った側：マイナスに偏る（電子が多い）
• 電子を失った側：プラスに偏る（電子が少ない）

この電気のバランスが崩れた状態、それこそが帯電。

帯電とは、電子が移動した結果、プラスとマイナスが片寄ってしまった状態のことです。

大げさな変化に見えても、実際に動いているのは、ほんのわずかな電子。
それでも体感できるほどの電気になる。
ここが帯電の不思議なところですね。

身の回りでよくある「帯電」とその仕組み

帯電で髪と風船が引き合う様子
ゴム製の風船を髪にこすると電荷が移り、髪の毛が風船に引き寄せられる。
こすり合わせで帯電する「摩擦帯電」の代表的な実験。
出典：『Attractive-electric-force-between-hair-and-balloon』-Photo by MikeRun／Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0

具体例を見ていくと、帯電の仕組みは一気にイメージしやすくなります。
どれも一度は体験したことがあるものばかりですよ。

• 風船を髪にこする：風船（ゴム）に電子が移ってマイナスに帯電、髪はプラスに帯電
• アクリル板と毛布：アクリルがプラス、毛布がマイナスに帯電
• 靴下で歩いたあとドアノブに触る：体にたまった電子が一気に移動して放電

ここから、それぞれの場面で何が起きているのかを、順番に見ていきましょう。

風船を髪にこする：電子はゴム側へ移動

風船を髪にこすりつけると、電子はゴムでできた風船側へ移動しやすい性質を持っています。

その結果、風船は電子をたっぷり受け取ってマイナスに帯電。
逆に、電子を奪われた髪の毛はプラスに帯電します。

だから、同じプラス同士になった髪の毛どうしが反発して、ふわっと逆立ったり、四方に広がったりするわけです。

ただの遊びに見えても、そこではちゃんと、電気の力が働いている。
その実演が、この風船の静電気なんですね。

アクリル板と毛布：素材の組み合わせで結果が変わる

アクリル板と毛布をこすった場合も、起きていることは同じです。

ただしこの組み合わせでは、電子は毛布側に残りやすい。
そのため、アクリル板はプラスに、毛布はマイナスに帯電します。

どちらがプラスになるか、マイナスになるかは、 素材どうしの相性で決まる。
これが帯電のややこしいポイントでもあります。

ドアノブで「バチッ！」：たまった電子の一気移動

靴下で床を歩き回ると、体には少しずつ電子がたまっていきます。
この時点では、まだ気づきません。

ところが金属製のドアノブに触れた瞬間、電子は一気に移動。
この急激な移動が、あの「バチッ！」という刺激になります。

帯電そのものより、たまった電子が一気に移動する瞬間が、あの衝撃の正体です。

なぜ電子はうつりやすい？「帯電列」でわかる！

帯電列（摩擦帯電の起こりやすさ順）
異なる物質をこすったとき、どちらが＋／－になりやすいかを並べた一覧。
離れるほど電荷移動が起きやすく、静電気が強く出やすい。
出典：『Triboelectric-series EN』-Photo by MikeRun／Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0

実は、物質にはそれぞれ 「電子を手放しやすい／受け取りやすい」という性質があります。
この傾向をズラッと並べたものが、帯電列（たいでんれつ）です。

難しそうに聞こえますが、考え方はシンプル。
「どの素材が、どっち側に電気をため込みやすいか」を 順番に並べただけの一覧表なんですね。

帯電列は、電子の受け渡しの“得意・不得意”を可視化したものです。

以下は、代表的な帯電列の例です。 上にあるほど電子を失いやすく（プラスに帯電しやすい）、 下に行くほど電子を受け取りやすく（マイナスに帯電しやすい）
という並びになっています。

順位	物質	帯電傾向
1	ガラス	＋に帯電しやすい
2	人の毛髪	＋に帯電
3	ナイロン	＋に帯電
4	ウール（羊毛）	やや＋に帯電
5	綿（コットン）	ほぼ中性
6	木材	やや−に帯電
7	ポリエステル	−に帯電
8	ポリ塩化ビニル（PVC）	−に帯電
9	ポリスチレン（発泡スチロールなど）	強く−に帯電
10	テフロン（フッ素樹脂）	最も−に帯電しやすい

この表を見ると、帯電の起こりやすさが、かなり整理されて見えてきます。

帯電列の上側にある物質ほど、電子を手放しやすい＝プラスに帯電しやすい。
反対に、下側にある物質ほど、電子を受け取りやすい＝マイナスに帯電しやすい。

たとえば、こんな感じです。

• ガラス：電子を手放しやすく、プラスに帯電しやすい
• テフロン：電子を受け取りやすく、マイナスに帯電しやすい

この素材どうしの相性の差が、こすったときに帯電が起きやすいかどうかを左右しています。

つまり帯電は、「たまたま起きる不思議な現象」ではなく、 素材の性格どおりに起きている、かなり素直な現象なんですね。